毕业设计（论文）-空间多孔加工的组合机床主轴箱设计（全套图纸）

摘要摘要 这种空间多空孔加工组合机床是我们常见的一种专用组合机 床，它是由系列化以及标准化的通用部件和按照被加工零件的形状 以及加工工艺要求、数据大小而设计成的专用部件所组成。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 设计中的主轴箱的设计是这次设计任务的重中之重，也是最关 键的部分当然它也是我们常见的组合机床中重要的部件之一。首先 它是由我们所熟悉的通用部件，按照被加工零件的加工要求，根据 专用要求设计的。举个例子就是加工拖拉机侧支架上的 12 个孔，就 是一种加工空间多孔的组合机床的一种体现 。而这次的加工任务是 机床也是以其为例。主轴箱是组合机床重要的专属部件，它是根据 加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类 型设计的传递各主轴运动的动力部件，与此同时为了提高生产效率 以及降低劳动强度。 本文依据的主轴箱的设计原则完成了对结构型式的选择以及动 力计算，传动系统的设计以及计算，主轴箱坐标计算，主轴箱的总 图设计和液压部分的设计。并以此绘制加工的工序图，加工示意图 以及卧式双面组合机床的各部件的尺寸图。整篇说明书全部依据了 现行的国家标准以完成。 关键词：关键词： 组合机床； 主轴箱； 传动轴 Abstract The pupil hole processing combined machine tool is our common a special combination of machine tool, it is by the series and standardization of the general components and in accordance with the requirements of the processing parts of the shape and processing technology, size of the data and design of special components. Is a new and very useful form of machine tool. And the number of exclusive tractor design in the design of spindle box design is the task of top priority, but also the most important part of the course, it is our common modular machine tool is an important component of. First of all, it is we are familiar with the general parts to be machined parts processing requirements, according to the special requirements of the design. Give an example is the processing side bracket 12 hole, is a kind of processing the porous space combination machine tool of a kind of expression. And the processing task is the machine is also in the case of the spindle box of modular machine tool is an important part, it is based on the processing schematic diagram to determine the workpiece hole position, cutting dosage and Spindle type design of the transfer of the spindle motor power components. At the same time in order to improve production efficiency and reduce labor intensity. This special design the with double- sided drilling and space multi drilling machine combination and corresponding special fixture. On the basis of the spindle box design principles completed the structure type selection and dynamic calculation, design and calculation of transmission system, spindle box coordinate calculation, design of spindle box of general plan design and hydraulic parts. And in order to map graph processing procedure, processing schematic diagram and horizontal double- sided combination of machine tool parts size chart. The whole description all based on the existing national standards in order to complete. Key words： Combined machine tool； spindle box； transmission shaft 目目 录录 第一章 组合机床概述 1 1.1 组合机床简介 . 1 1.2 组合机床的特点 . 2 1.3 组合机床工艺范围及发展方向 . 3 1.3.1 组合机床工艺范围 . 3 1.3.2 组合机床发展方向 . 4 1.3.3 组合机床的方案选择 . 5 第二章 被加工零件工艺方案的制定 7 2.1 零件分析 . 7 2.1.1 零件的用途 . 7 2.1.2 零件的技术要求 . 7 2.2 工艺方案的制定 . 8 2.3 组合机床切削量及切削力的确定 . 9 2.3.1 组合机床切削量和工序余量的确定 10 2.3.2 选择组合机床切削用量的特点 10 2.3.3 选择组合机床钻削切削用量 10 2.3.4 确定切削用量此时应注意的问题 11 2.3.5 组合机床切削力的确定 11 2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 12 2.4.1 主轴直径的确定 12 2.4.2 动力箱的选用 13 第三章 主轴箱的设计 . 15 3.1 主轴箱的基本机构及表达方法 15 3.1.1 主轴箱简介 15 3.1.2 通用主轴箱的组成 15 3.1.3 通用主轴箱的通用零件 16 3.2 绘制主轴箱设计原始依据图 17 3.3 确定主轴结构型式及齿轮模数 18 3.4 主轴箱的传动系统设计 19 3.4.1 对主轴箱传动系统的一般要求 19 3.4.2 传动系统的设计与计算 20 3.5 主轴箱坐标的计算 25 3.5.1 绘制主轴箱总图及补充加工图 32 3.5.2 主轴箱补充加工图设计 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 引言 机械制造及其自动化专业毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技 术基础课以及所有专业课之后进行的。这是我们在进行实际就业工作或者以后 更远的发展学习之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理 论联系实际的训练。 在这次设计中，我主要设计侧支架卧式主轴箱，由于要加工的工件批量大， 十二个孔的位置精度高，这就要求在主轴箱设计中要合理的排出传动系统，确 保主轴位置精确和传动稳定。由于该零件的十二个孔对位置精度要求很高，必 须非常合理的排出主轴箱的传动系统，以达到主轴位置准确。其中，尽量减小 传动误差，使主轴达到所要求的转速；避免轴与齿轮间的干涉现象；合理的分 布手柄轴和油泵的位置。机械制造行业的产品，其结构日趋复杂，精度和性能 要求日趋提高，因此对生产设备机床也相应地提出了高效率、高精度和高 自动化的要求。专用机床，就是为了解决大批量，大量生产的零件加工中用于 加工某一种（或几种）零件的特定工序的机床 就我而言，我希望通过此次课程设计对自己未来将要从事的工作进行一次 适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打 下一个良好的基础。同时，因为设计需要，得到了老师及同组同学的大力帮助， 在此先表示真挚的感谢。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 1 第一章 组合机床概述 1.1 组合机床简介组合机床简介 首先组合机床的基础是通用部件，而它是依据各自的功能按照国际的标准 化、通用化、系列化等原则设计和制造的独立部件，之后依靠它可以组成各种 组合机床时能互相通用的作用。当然组合机床的专用部件当中也有许多零件是 国际的通用零件、标准件和独立部件。所以，组合机床的设计、制造、重组和 调整都很方便。目前，我国当前的组合机床中约有 70%- 90%的零部件是通用零 部件和标准件。 组合机床可以通过对工件进行多刀、多面、多轴、多工位的同时加工，工 序相对来说高度集中，这样的话就缩短了加工时间以及辅助时间，并且可以使 辅助时间与加工时间恰好重合，这样的话很容易自然的组成自动线。而且组合 机床多配有液压、气压以及新设备（电控）等系统，生产过程相对来说比较自 动化或半自动化。 所以才会导致组合机床的生产率以及自动化的普及程度很高。 有的组合机床的生产效率甚至比通用机床高几倍到几十倍不止，更多的时候是 其他机床无法替代的，也因为这个原因组合机床更加适宜于大批量的生产。 在这个工作上来说，组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、刮平面、各 种车削、磨削及滚压等加工工序，同时还可以完成热处理、在线自动检查等非 切削这些加工工序。其中应用最多的是加工工序是平面加工以及孔加工这两类 工序。当然组合机床最适宜的是于加工各种大中型箱体类的零件，如气缸体、 气缸盖、变速箱箱体、电机座及仪表壳等零件。以上说到的那些零件都可以从 平面到孔的全部加工工序全部都可以在组合机床上完成。而轴套类、盘类、叉 架类和盖板类零件的部分或全部加工工序的加工，也可以在组合机床上完成， 这是二者之间最大的区别。 自从二十世纪 70 年代以来，伴随着可转位刀具、密齿铣刀以及镗孔尺寸自 动检测和刀具自动补偿技术等这些先进的发展，组合机床的加工精度也有所提 高。加工效率也再增加，甚至铣削平面的平面度可达 0.05 毫米1000 毫米，而 表面粗糙度可低达 2.50.63 微米；镗孔精度可达 IT76 级，孔距精度可达 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 2 O.03O.02 微米 。 1.2 组合机床的特点组合机床的特点 现和与此同时进行的进给运动的部件，例如工艺切削头、主轴动力箱、动 力滑台等动力部件。以用来动力部件的通用部件的安装，例如底座或者其他。 其主要分为床身组合机床是依靠工件本身的加工需要,通过大量通用部件为基 础,同时以较少的专用部件二者相组成的一种新式高效专用机床的一种，是机械 制造业高速发展必不可少的设备之一。在组合机床中每一 1 种部件都是具有其 本身特有独立功能的部件，而且其中的大多数已经国际标准化、系列化和通用 化的部件。然而在工厂的实际生产情况中非常常见，组合机床一般用于加工箱 体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具 与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切 削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。 组合机床是从专业机床和万能机床的基础上发展起来的，是用按系列化标 准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组 成的专用机床。其他的通用部件是组合机床的基础并且占据了很大的比重。目 的是为了机床切削的实、动力头、主轴箱、夹具等几部分。而且从单方向或者 几个方向采用单刀或者多刀对几个工件同时或者不同时加工，充分反映了高度 工序集中的原则。 与此同时为了更好的了解组合机床的优越性，有必要将其设计制造的情况 和专用机床相进行一下比较。对于一台专用机床而言，除了一些标准件外，全 部零件都需要一个接着一个地设计与制造，其中的劳动量大，生产周期长是一 种很大的问题。由于工件全部都是单件生产的性质，过程中不仅制造工件的成 本较高，而且工件的生产使用的问题也比较多。而设计制造一台这样组合机床 的情况却大大不一样，组合机床是根据具体加工对象，具体的加工要求，具体 的加工数据，用预定并设计制造好的通用部件以及通用零件，再加上少量的专 用部件或者零件来组成的，而通用部件和通用零件却占整台机床总体零件数的 70%90%，这不仅大大地缩短了设计制造的周期，还减少了工件制造中的遇 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 3 到的种种问题从而提高了机床工作的可靠性，并降低了机床制造的成本。组合 机床具有如下一些特点： 1. 普遍组合机床中有 70% 90% 的零部件是通用部件。 2.这些零部件都是经过精心设计与计算并且经过长期生产实践考验的，又 有专门国内外厂家成批生产，因此工作时稳定可靠，使用、维修方便。 3.设计组合机床时，首选也是最主要的工作是选用通用零、部件，因此， 设计、制造周期短。 4.被改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床。 5.由于组合机床多采用多刀、多轴、多面、多工位加工，自动化程度很高， 所以生产率高。 6.组合机床加工工件时采用专用夹具、经常采用组合刀具和导向装置等， 工序固定、工作自动循环，加工精度靠工艺装备保证，产品质量稳定。同时对 操作工人技术水平要求低，劳动强度低。 7.组合机床很容易组成自动线，实现联合操纵和控制。 8.其通用部件要有广泛的适应性，其结构稍为复杂些。 9.可变性差，改装时有部分零件不能重复利用，而且改装时劳动量大。 1.3 组合机床工艺范围及发展方向组合机床工艺范围及发展方向 1.3.1 组合机床工艺范围组合机床工艺范围 首先组合机床既可以完成、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔这些钻孔类加工又可 以铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面这种刀面的工序，同 时还可以进行对工件的尺寸检查数据整改以及简单的工件装备工序。这其中大 部分的工件部件主要用于平面加工和孔加工这两类的工序。随着现代的组合机 床综合自动化技术的发展，其加工工件的工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、 拉削、推削、磨削、衍磨及抛光、冲压更多工序。此外，还可以完成焊接、热 处理、自动装配和检测、清洗以及零件分类等非切削工作。 组合机床最大的加工方向是加工各种大中型箱体类的零件举个例子如气缸 盖、气缸体、变数箱体、电机座及仪表壳这些常用到的零件，当然也可以用来 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 4 完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件当中的部分或者全部加工工件工序 的加工。现在来说组合机床也在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军 工及缝纫机、自行车等轻工业大批大量生产中得到广泛应用同时也扮演这重要 的角色。 1.3.2 组合机床发展方向组合机床发展方向 由于组合机床是针对某一中单个零件或者某一个零件中的一个单部件来设 计的，因此它的柔性不足甚至很差。而现代无论制造业还是工业对机床的要求 不仅限于考虑提高单品种大批量生产方式的生产率，考虑的更多的是不论被加 工工件的几何形状和结构如何变化，也不管其批量大小，数据多少，机床的加 工设备都能及时适应工件的加工要求的重要性并随之而改变。既有很高的社会 生产率，又有足够的满足需求的灵活性，这是很难得的。 即使是针对大批量生产的产品，虽然组合机床本身有着生产率高、成本低 的特点，其产品在目前市场上也拥有着价格优势。但是在新技术、新概念日新 月异时刻进步的今天，对一个企业来说新产品的开发、新技术的应用、新生产 线的投产以及投入市场当中应该是层出不穷的持续不断的，这样企业才有活力 才会长久，与此同时产品对使用人群来说才有吸引力更加具有性价比。而如果 一个企业大量使用的组合机床单一性过强，他无论是对旧产品的技术改造还是 进行新产品的研发都受到工厂仅有设备的制约以及技术的不支持，这就使得新 产品在许许多多的方面不能达到最优。如果再加上有些地方不得不设计制造新 的组合机床而花费大量的时间，精力，金钱，导致使得新产品失去抢占市场的 第一时间，这种损失是巨大的。所以说，企业不能过分的依赖于组合机床，为 了适应生产的需要，组合机床要大力提高其通用性，即其柔性。 随着电子技术、信息技术和控制理论的发展而出现在大家视野里的数控机 床为组合机床的柔性化带来了好消息。而事实上组合机床对制造业的贡献根本 在于提出了可以在多轴、多刀、多工序的条件下对工件进行多面、多件、多工 位的同时加工的概念，这是实现加工工序集中的最好途径之一，这为以后机床 提高生产率指明了方向。而通过这十多年的发展，数控机床已和多轴多面加工 的原理紧紧的联系在一起了， 现在组合机床和数控机床已经没有了严格的区分， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 5 这使机床的生产率和灵活性大大的提高了。 值得一提的是，由于目前技术的发展以及市场的需求，现代化的设计对于 零件的精度要求越来越高，尤其是高次曲线及高次曲面要素在零件中的大量应 用，这是传统的机床无法做到的，而在在数控机床中用很简单的差补法就可以 相对容易的加工出高次曲线以及高次曲面， 如果还想对加工进行封闭环的控制， 提高工件的加工精度，仅仅需要在机床中引入三维坐标测量仪就可以了。 除了要朝柔性化的方向发展外，组合机床的发展还要考虑如下几个问题： 1.提高生产率。其主要方法是改善了机床布局，与此同时增加同时工作的 刀具并且减少了工件的加工余量，从而提高切削用量，提高工作可靠性及缩短 辅助时间等，目的是为了减少自动生产线停车的损失。 2. 扩大加工的工艺范围。 3.广泛采用更加先进的自动测量和刀具补偿技术用来提高加工精度。 4.提高机床的自动化程度，重点在于解决工件的夹压和夹紧自动化和装卸 自动化。 5.为适应中小工件的批量生产的需要，提高组合机床及其自动化的可调性。 6.为适应小型精密零件的加工需要，创制小型组合机床。 1.3.3 组合机床的方案选择组合机床的方案选择 首先制定组合机床的工艺方案是设计组合机床的第一步也是最重要的步骤 之一。制定的工艺方案正确与否，将直接决定机床是否达到“重量轻、体积小、 使用方便、结构简单、质量好、效率高”的基本要求。而影响机床的设计工艺方 案的主要因素有以下这些： 1. 被加工零件的加工工序要求和加工精度：在组合机床上加工零件需要一 套完整的加工工序以及需要该保证的加工精度，这是制定机床方案的最根本也 是最主要依据。首先分析工件的精度、尺寸和技术要求，加工 的孔；精度达 到孔 H6- H7 的加工工序，工步数多，因此必须采用不同的工艺方法。如按照加 工 8M10 的轴承盖螺钉孔的精度要求一般只需要保证圆周分布就可以了。 2.被加工零件的特点：机床采取的配置型式很大的程度取决于被加工零件 的特点。一般的说来，孔的中心线与相对应的定位基面平行而且需要由一面或 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章组合机床概述 6 几面同时加工的箱体零件都采用卧式机床；对于箱体零件而言，采用单工位机 床加工就是比较合适的了。注重工件在组合机床中加工前已完成的工序问题和 毛坯孔的质量。当毛坯孔的余量很大或者铸造质量较差和大毛刺时，这时候则 需要安排粗加工工序，同时对几个同心孔粗扩的常见加工方法。工件有无适应 的工艺基面也间接影响工艺方案制定的重要因素。 3. 零件的生产批量：零件的生产批量为：30000 件/年。属于大批量生产， 如果要求减少机床的台数，此时将工序尽可能的集中在一台或多台机床上来加 工，以提高机床利用率，从而增加工作进度。 4.机床的使用条件:在工件到组合机床中加工之前，它的毛坯或半成品都必 须达到零件图尺寸要求，否则，则会造成工件在机床夹具上的定位以及夹紧的 不可靠不安全，甚至造成刀具损坏，从而影响工件的生产效率同时也不能保证 要求的加工精度。如果在组合机床上完成加工后，还要转到其他机床上进行加 工，而工件没有预先加工出相对应的保证精度的，而有关定位基面，那么组合 机床也会考虑为下一道工序加工出定位基面做铺垫。 通常钻削组合机床的车间、 刃磨、制造相对要容易些，条件求也不是很高。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 7 第二章 被加工零件工艺方案的制定 2.1 零件分析零件分析 2.1.1 零件的用途零件的用途 首先这次毕业设计的是空间六孔的加工组合机床的主轴箱设计，可以举出 下面这个例子，就是东方红- 75 拖拉机全桥式车架的侧面支架的。车架是介于 行走以及拖拉机体之间的骨架并连接着二者。 它支承着整个机体，与行走系相联系，使他们成为一个整体，也就是完整 的车架。主车架上的纵深和车轴是用旁边的侧支架是连接，这样的话可以让车 架成为一个完整的工件中的关键零件。 它的 45 的孔是用来连接托轮轴，为了使得托轮更加固定（当然托轮的作 用：用来托住履带的上方部分，与此同时还防止履带因为下垂过大而出现的振 跳现象，并防止履带侧向滑落）。所以说侧支架是一个相当重要的零件。 2.1.2 零件的技术要求零件的技术要求 图 1 侧支架零件图 如图 1 所示，侧支架的技术要求 1.孔 45 表示的工件的相对摆差0.05. 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 8 2.E 面对 F 面的垂直度0.4/250. 3. 45 中心线对 B 面垂直度0.6/100. 4.EF 加工表面允许有少些孔眼，尺寸10.0，深度5，距离零件和孔边缘 分别5，每面不多于 5 个，孔眼尺寸相比允许尺寸略大些。因为可以后期进行 焊补和修正。 5. 20 孔在距离底面范围内直径允许减少至 19.9. 6. 20 孔各孔中心线相互位置公差不得超过 0.25. 7.E，F 面表面粗糙度不大于 Ra12.5. 8. R 铣表面粗糙度不大于 Ra6.3. 2.2 工艺方案的制定工艺方案的制定 侧支架的加工主要是 10- 20 孔加工，由于其要求精度不是很高，采用一 般的钻削加工就可以能满足其加工的要求。因此不需要行扩、铰的精加工。如 图 1 所示， E,F 面的加工也是相对来说较重要的加工面也是很繁琐的加工工序。 它是 20 孔加工的精基准，但是由于对表面粗糙度的要求不高，所以一般的铣 削加工都能达到要求。45 孔的加工要求也不高。但因为孔的深度较大。为了 提高机床的生产率，同时也减少机床的数量，与此同时达到所要求的生产大纲 领。因此 45 孔的加工采用拉削，这样它不仅仅容易达到精度要求，而且还大 大提高了生产率。工序： 1. 铣 E,F 面。 2.拉 45 孔。 3.钻 20 孔。 4.车削 81 以及 60 的圆柱面。 5. R 铣。 按照原有的基准面先加工基面， 之后加工其他面的原则， 所以确定先铣 E,F 面以及拉 45 孔，为了提高机床本身的生产率，铣 E,F 后，可以在双主轴圆工 作台上进行加工，这样既能同时铣削 E,F 面，又可以在在加工的同时，可以装 卸工件，拆卸夹具，减少辅助时间。在安排钻削和车削加工的时候，遵循的原 则是先主后次，钻削加工工件时为满足工件的生产率的要求，两个工件可以同 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 9 时加工，立卧双面钻，一次就可以完成所有孔的加工。 本次设计是空间多孔加工，所以只需在加工支架底座的同时钻上的 12 个 20 孔，所以这个工作步骤是可以采用多把刀一次加工完成的方式，这样大大 提高了劳动生产率。 工序：钻 12 个 20 孔。本工序应用两个平面和一个外圆面的组合定位， 使工件可以完全定位，外圆可以用 V 形块来夹紧，中央部分液压缸压板压紧， 如图 2 所示。就是组合钻床上加工的完美体现。 图 2 工序图 2.3 组合机床切削量及切削力的确定组合机床切削量及切削力的确定 需要准确的并且合理地选用切削用量才可以使组合机床的正常工作，就需 要联合确定合理的切削速度以及工件被加工时的工作停车损失，从而达到最高 的生产效率以及保证最长的刀具寿命还有最出色的工件加工质量，这些都是为 了达到了多快省为目的地进行设计以及随后的生产。这次设计当中需要的组合 机床大多数都是采用多刀加工的，而且基本都是多根钻头同时的工作。最佳切 削用量的计算工作自然就会复杂而且繁琐， 但是要想从理论上来确定最正确的、 是否适用于多刀加工的切削用量，当然这是的很少有简便可靠的方法。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 10 2.3.1 组合机床切削量和工序余量的确定组合机床切削量和工序余量的确定 为了使整个加工过程顺利的进行并且有效的稳定保证加工工件的加工精 度，必须合理恰当地确定每个部分工件彼此之间的工序余量。对于这次的设计 组合机床主箱体零件上的空间 12 孔的加工余量， 没有相对应的要求而去做严格 的要求，恰是用于轴承盖的安装，一般都可以满足其要求。对于本箱体零件上 空间 12 孔的加工余量具体的考虑计算会在， 会在之后的“组合机床设计”中做出 更加详细的设计和介绍。 在确定需要在组合机床上完成的工艺内容后，然后就可以根据现有的数据 着手选取切削用量了。 最终选取为：切削速度 v=12.57mmin,进给量 f=0.12mmr. 2.3.2 选择组合机床切削用量的特点选择组合机床切削用量的特点: 目前组合机床的切削用量的最佳有效选择，还是根据以往前辈专家们多年 来积累的一些经验以及数据来判断和进行的。本身组合机床就上就有几把同时 工作的刀具，为了保证机床能够正常的工作，进而达到较高的生产率，所以我 们选取的切削用量比一般通用组合机床的单刀刀具加工量要小一些。这就是所 谓的： “在多轴或者多孔加工的组合机床上不应该采用较大的切削速度以及进给 量”，但并不是意味着，在组合机床上就都可以选取一些较低的切削用量。无论 何时何地为了降低切削用量的方法从而来改善工件的加工情况是不明智的。例 如在铸铁零件上钻孔时，如果进给量选取的太小，那么铸铁的刀具和钻头的寿 命不仅不长，反而会因为很快磨损且磨损情况更加严重，所消耗费功率更大， 并且伴随刺耳的尖叫声。 所以根据现阶段的各种组合机床的所有使用情况来看， 一般来说多轴加工组合机床的比通用机床的切削用量大概要低 30左右甚至 更多。 2.3.3 选择组合机床钻削切削用量选择组合机床钻削切削用量 经过被加工工件的条件、工作材料以及技术要求下进行分析，在目前经济 的情况满足加工要求的原则的情况下，合理、恰当、有效地选择切削用量。 通过查阅高速钢钻头加工铸铁件的切削用量表 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 11 表 1 高速钢钻头加工铸铁件的切削用量 加工直径 d(mm) HB=160200 HB=200241 HB=300400 v(m/min) f(mm/r) v(m/min) f(mm/r) v(m/m) f(mm/r) 16 1624 0.070.12 1018 0.050.1 512 0.030.08 612 0.120.2 0.10.18 0.080.15 1222 0.20.4 0.180.25 0.150.20 2250 0.40.8 0.250.4 0.20.30 可查得： HT250(HT25- 47)的硬度为： HB=170241 取 HB217 HBS 因此，取切削用量为： 动力滑台进给量： v=1018 m/min 主轴进给量: f=0.10.18 mm/r 在组合机床多轴箱或者主轴箱上的所有刀具，都共用一个进给系统，所以 通常选用为标准的动力滑台。当其工作时，仅仅要求每分钟所有的刀具的进给 量完全相同，而且等于每分钟动力滑台的进给量。 2.3.4 确定切削用量此时应注意的问题确定切削用量此时应注意的问题 1. 做到合理利用所有刀具，充分发挥每个刀具的功能，防止过分磨损刀 具 。 2. 选择复合刀具的切削用量的时候，应该考虑刀具本身的使用寿命。 3. 选择工件切削用量时，应注意该零件的生产批量以及工作效率的影响。 4. 选择切削用量的主是条件都是要有利于后面的主轴箱设计。 5. 选择切削用量时，也要将所选动力滑台的综合性能考虑进去。 2.3.5 组合机床切削力的确定组合机床切削力的确定 根据之前所选定的切削用量，以及确定的切削力，作为选择动力滑台及夹 具设计的基础；切削扭矩的确定，是方便用来确定主轴以及其他部分的传动件 包括齿轮、传动轴等的尺寸大小；得到后的准确切削功率，用以选择主传动电 机或者动力箱电机功率；同时确定刀具耐用度，以方便验证所选刀具是否合理。 根据 v=12.57mmin，f=0.12mmr， 选择主轴转速为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 12 min/200)(1000r w vnd= （2- 1） 轴向力： 8 . 93 . 3 75 . 0 7 . 0 = bf DFN42.3006= 式中，D钻头直径（mm）； f系数； b 抗拉强度（kg/mm2 ）。 扭矩： () 7 . 0 8 . 02 7 . 0 8 . 02 90855012 . 0 2000165 . 0 00165 . 0 = b fDM mNmkg=88.19.029 . 2 式中 D钻头直径（mm）； f系数 b 抗拉强度（kg/mm2 ）；; M扭矩（Nmm）。 切削功率： kw D Mv P42 . 0 36 . 1 207162 . 0 57.1203 . 2 36 . 1 7162 . 0 = 式中，M扭矩（Nmm）； v切削速度（m/s）。 2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 2.4.1 主轴直径的确定主轴直径的确定 刚度条件计算时主轴的直径为： 4 4 2 100018032 TB G T d= （2- 2） 式中，d轴直径（mm）； T轴所承受的转矩（N.m ）； B系数， B=2.316（主轴）；，B=1.948（传动轴），B=1.638。 所以，主轴轴径 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 13 mmBTBd154.2319960 44 = 初取主轴轴径为 25mm，主轴外伸长度为 100mm。 2.4.2 动力箱的选用动力箱的选用 动力箱主要根据主轴箱工作时所需要的电动机功率来选用。主轴箱所需的 电动机功率为 切空附主 PPPP+= 由此计算知动力箱切削功率为 切 P =0.42kw， 空 P 可以根据轴的直径以及转速 查表得出， 附 P 一般取所传递功率的 1%。主轴箱传动系统设计之前， 空 P 无法 确定时，则 主 P 可由下式估算 12p = 切 电 p （2- 3） 式中，主轴箱传动效率，加工黑色金属时 =0.8- 0.9，有色金属时 =0.7- 0.8；主轴数多，传动复杂时取小值，反而反之。本设计中 取 0.8。 所以，所选电动机功率为 kw3 . 6 8 . 0 1242. 012p = = = 切 电 p 动力箱型号为 TD50,由W 组合机床设计简明手册查得，电动机型号为 Y160M- 6，电动机功率为 7.5kw，电动机转速 970rmin，输出轴转速 485r/min； 动力箱输出轴至箱底面高度为 200mm。其中 Y 表示系列代号，160 表示机座中 心高，M 表示中极极座，6 为电动机级数。 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、工作时间、切削用量、 机床生产率和负荷率等的技术文件。通过生产率计算卡，我们可以分析拟定的 方案是否满足客户对产品的生产率及负荷率的要求以及不足， 并凭此加以改进。 (a) 理想生产率：Q=A/t （2- 4） 式中，A年生产纲领（件）； t年工作时间（h）；双班制工作时 =3900h； A=N(1+)(1+) =80000（1+2%）（1+1%）=82416 件 式中，年生产零件备品率，取 2%； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章被加工零件工艺方案的制定 14 年生产零件废品率，取 1%； 所以， Q=824163900=21.13 件h (b) 实际生产率： () 辅切 TT Q + =60 1 hQ T LT 件 辅 切 70.17)72 . 1 67. 1 (60 min72 . 1 5 . 005 . 0 03 . 0 075 . 0 015 . 0 05 . 0 1 min67 . 1 2440vf 1 =+= =+= = (c) 机床负荷率： % 8 . 8313.2170.17 1 = Q Q 机床负荷率一般以 65%75%为宜，机床复杂时取小值，反之取大值。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 15 第三章 主轴箱的设计 目前应用的组合机床的作用是，根据被加工零件的加工要求，安排其中各 主轴的水平位置，并将动力和运动由电机以及动力箱传给每个工作主轴，使之 每个主轴都可以能得到要求的转速和转向。 主轴箱是组合机床的重要组成部件之一，主轴箱的设计也是组合机床设计 的重要内容。主轴箱设计的步骤大致为：根据“三图一卡”，绘制主轴箱设计原 始依据图；确定主轴的结构形式及齿轮模数；拟定主轴箱的传动系统；计算主 轴及传动轴坐标；绘制坐标检查图；绘制主轴箱总图及零件图。 3.1 主轴箱的基本机构及表达方法主轴箱的基本机构及表达方法 3.1.1 主轴箱简介主轴箱简介 主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组 成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置， 根据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置、切削用量和主轴类型而设 计，由通用零件组成。能将动力箱的动力，传递给主轴，使之按要求的转速和 转向旋转，提供切削动力。主轴箱与动力箱一起安装于进给滑台上，可完成钻、 扩、绞、镗孔等加工工序。 主轴箱按其结构大小分为大型主轴箱和小型主轴箱这两大类。大型又分为 通用(标准)主轴箱和专用主轴箱的两种。专用主轴箱根据加工零件的特点，以 及其加工工艺的要求进行设计，由大量标准的专用零件组成，本设计采用的是 通用主轴箱，它主要由标准的通用零件组成。 3.1.2 通用主轴箱的组成通用主轴箱的组成 通用主轴箱在生产中应用甚广，通常有钻削类主轴箱等，大型通用主轴箱 主要由箱体类零件，主轴，传动轴，传动齿轮和动力箱或电机齿轮以及叶片泵， 分油器，注油标，排油塞，防油套等防油元件组成。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 16 在主轴箱的箱体的内部，可安装厚度为 24mm 的齿轮三排，或厚度 32mm 的齿轮两排；在后盖内，可安装一排（后盖厚度为 90mm、100mm 时）或两排 （后盖厚度为 125mm 时）齿轮。 3.1.3 通用主轴箱的通用零件通用主轴箱的通用零件 1.通用箱体类零件大概有主轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖这几种。 箱体材料为 HT200，前、后盖材料为 HT150，上盖为 HT150。主轴箱后盖与动 力箱的接触面上联接螺孔以及定位销孔的大小、位置应与动力箱联系尺寸相适 应。 主轴箱箱体的标准厚度为 180，而用于卧式组合机床的多轴箱前盖厚度为 55，用于立式的则兼做油池用，因此加厚到 70；基型后盖厚度是 90，变型后盖 厚度为 50、100、125 这三种，可根据主轴箱内传动系统安排和动力箱与主轴箱 的连接情况合理选用。 2.通用轴类零件 通用主轴 通用主轴一般分为钻削类和攻螺纹类两种主轴， 本次设计中 我们使用的是钻削类主轴。 通用传动轴 常用的通用传动轴按照用途和支承形式的不同可以分为圆锥滚子轴承传动 轴、滚针轴承和推力球轴承传动轴、润滑泵轴、手柄轴四种。通用传动轴材料 一般用 45 钢，热处理 T215；滚针轴承的材料为 20Cr 钢，热处理 S0.5- 1，C59. 通用齿轮 通用齿轮包括动力箱齿轮，齿宽 32mm，轴向总宽度 84mm；电动机齿轮， 齿宽 32mm；传动齿轮，齿宽有 24mm、32mm 两种。标准齿轮是一种不变位齿 轮的。材料也是 45 钢，齿部高频淬火 G54. 润滑泵 规格较大的通用主轴箱普遍常采用 R12- 1A 类型的叶片泵进行润滑。润滑 泵泵出的油经分油器流至各润滑点。R12- 1A 叶片润滑泵的每转排油量为 6ml， 推荐转速是 550- 800rmin，如果转速过低，则会导致吸油困难。 其他通用零件 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 17 除上述零件外，主轴箱上还有隔套、键套、防油套、油杯、定位销以及锁 紧螺母、防松垫圈等，这些零件都已经符合国际标准化或通用化，所以说也是 比较普遍的了。 3.2 绘制主轴箱设计原始依据图绘制主轴箱设计原始依据图 主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的，其主要内容如下： 1.根据机床联系尺寸图，绘制主轴箱外形图，并标注轮廓尺寸和驱动轴定 位销孔的位置。 2.根据联系尺寸图和加工示意图，画出工件与主轴箱的对应位置尺寸，标 注所有主轴的坐标值和工件轮廓尺寸。在原始依据图中应注意：主轴箱与工件 的摆放位置，一般情况下来说，工件在主轴箱前面。确定主轴箱的两定位销孔 中心连线为横坐标，因为工件和加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标。 3.标注各主轴的转速及旋转方向。绝大部分主轴为逆时针（面对主轴看）， 故逆时针转向不与标注，只标注顺时针转向主轴的。 4.列表说明各主轴的工序内容、切削用量以及主轴的外伸尺寸。 5.表明动力部件的型号及其性能参数。 本设计中，从“三图一卡”中可知： 主轴箱轮廓尺寸 800500mm； 工件轮廓尺寸和各孔位置尺寸； 工件和主轴的相对位置尺寸。 根据这些尺寸数据可绘制出主轴箱设计原始依据图和附表。附表： （a）被加工零件 名称：75 拖拉机侧支架 材料：2G 硬度：HB180227 （b）主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸长度为 100mm 切削用量：f=0.12mmr， =24mmmin （c）动力部件 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 18 TD50 型动力箱电机功率 7.5kw，转速 970rmin，驱动轴转速 485rmin， 驱动轴到滑台表面距离为 200mm. 因此，可初步绘制出原始依据图，如下： 图 3 组合机床立式主轴原始依据图 图 4 主轴箱轮廓尺寸的确定 3.3 确定主轴结构型式及齿轮模数确定主轴结构型式及齿轮模数 一般情况下，根据被加工工件的加工工艺、刀具、主轴的连接结构和刀具 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 19 的进给抗力以及切削转矩来确定主轴的结构形式。 加工主轴再被钻削的过程中， 需承受很大的单向轴向力，故最好选用向心球轴承和推力球轴承组合的支承结 构，且推力球轴承配置在主轴前端，这样的话不仅整个结构更加科学被压迫力 也增加；如主轴前进和后退两个方向都要需要进行切削时，可选用前后支承都 是圆锥滚子轴承的主轴结构，以方便承受两个方向的轴向力同时保证安全；如 果主轴孔间距较小，可选用滚针轴承和推力球轴承组合的支承结构，但这种结 构的主轴精度和装配工艺性都比较差，除非必要时一般不选用。这次设计的是 空间钻孔，可采用第一种主轴结构型式，即向心球轴承和推力球轴承组合的支 承结构。 齿轮模数一般用类比法确定，本设计采用下式估算, 51 . 1 4 . 1 9 . 20020 42 . 0 )3230()3230( 33 = = zn P m 式中，m所估算的齿轮模数（mm）； P齿轮所传递的功率（kw）； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转速（rmin）。 主轴箱中的齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。本设计中考虑到加工孔 之间的距离，初定模数 m=3mm. 3.4 主轴箱的传动系统设计主轴箱的传动系统设计 组合机床主轴箱的传动系统是保证这个加工过程稳定进行的首要条件，就 是用一定数量的传动元件，把动力箱的输出轴与各主轴连接起来，组成一定的 传动链，并满足各轴的转速以及转向要求。主轴箱的特点就是：针对某零件加 工工序中的特定工序恒速加工，传动链短；多主轴同时进行加工，传动链分支 多。因此，主轴箱的传动设计，以获得需要的主轴转速和旋向为原则，不存在 通用机床前缓冲后急的最小传动比限制，甚至可用升速传动副驱动主轴。 3.4.1 对主轴箱传动系统的一般